1. Datos Generales de la asignatura
Nombre de la asignatura:
Clave de la asignatura:
SATCA1:
Carrera:
Cálculos en Ingeniería Química en Estado Transitorio
PIF-1801
3 – 2 – 5
Ingeniería Química
2. Presentación
Caracterización de la asignatura
Esta asignatura le proporciona al ingeniero químico los elementos necesarios para relacionar todos los cálculos básicos de ingeniería química -conceptos de análisis dimensional, termodinámica, fisicoquímica, balances de materia en sistemas reactivos y no reactivos y balances de energía, aplicados a problemas bien definidos- con el diseño de procesos químicos en estado transitorio reales para generar un producto.
Esta asignatura es importante porque le proporciona a los estudiantes una mejor idea acerca de cómo los procesos químicos convierten materias primas en productos útiles, dándoles una visión de la forma en que los ingenieros químicos toman decisiones y evalúan las restricciones para idear, la mejora de proceso o un bien, si es redituable implementar nuevos procesos aplicando tecnologías de punta para obtener un producto, sin olvidar la importancia de la sustentabilidad.
El programa contiene 3 temas, en donde se abordan el análisis matemático de las ecuaciones de balances de materia, la síntesis de diagramas de flujo de reactores y selección de las condiciones de proceso del reactor, para finalizar con la síntesis de los diagramas de flujo de energía.
A esta asignatura le anteceden las materias de química inorgánica y orgánica, balance de materia y energía, calculo diferencial e integral, ecuaciones diferenciales y síntesis de procesos.
Intención didáctica
El tema 1, permite retomar los conocimientos de balances de materia y energía para posteriormente entrar al análisis matemático de las ecuaciones de balances de materia en sistemas no estacionarios, situación común en muchos procesos de producción química.
La unidad 2, aborda los diagramas de Flujo y selección de las condiciones del proceso del reactor, como una metodología para analizar y medir cuantitativamente el desempeño del reactor y su influencia en las características técnicas del desempeño en los cálculos de flujo y en el diseño del proceso.
En la Unidad 3, se realizan cálculos de balances de energía de procesos y síntesis de diagramas de flujo de energía mediante estrategias y técnicas para conservar los recursos energéticos de manera sustentable
3. Participantes en el diseño y seguimiento curricular del programa Lugar y fecha de
elaboración o revisión
Participantes Observaciones
Instituto Tecnológico de Atitalaquia
11 de noviembre de 2016
20 de enero de 2017
21 de junio de 2017
4 de septiembre de 2017
Academia de Ingeniería Química
Emisión del documento de
Propuesta General del Módulo
de Especialidad.
Reunión de academia: Revisión del estatus de la
especialidad vigente “Ingeniería de Procesos y Calidad”
Se planteó un cuestionario para entregarlo a la Subdirección de Planeación, con copia a la subdirección Académica.
Se elaboró una solicitud dirigida a Planeación para que se desarrolle un estudio de factibilidad para tomar la decisión de la nueva especialidad.
Se presentaron los resultados del estudio de factibilidad y se tomó la decisión de reestructurar la
especialidad a “Procesos Industriales y Calidad”
Se trabajó en equipos la asignatura.
4. Competencia(s) a desarrollar
Competencia(s) específica(s) de la asignatura
Calcular, analizar y evaluar cuantitativamente los sistemas de producción industriales empleados en la generación de bienes y servicios, mediante el uso de técnicas y herramientas de vanguardia aplicados en sistemas transitorios.
Manejo de tablas de propiedades fisicoquímicas de la materia.
Realizar balances de energía y masa sin y con reacción química en flujo estacionario. Aplicaciones de cálculo diferencial e integral
Aplicar ecuaciones diferenciales Manejo de álgebra
Diseñar y seleccionar reactores químicos
6. Temario
No. Temas Subtemas
1 Balance de materia en procesos
transitorios
1.1 Introducción a los procesos transitorios.
1.2 Ecuación general de balance de materia con y sin reacción química.
1.3 Forma general de la ecuación diferencial de balance de materia.
1.4 Aplicaciones de balances diferenciales.
1.5 Formas generales de las ecuaciones integrales de balances de materia.
1.6 Aplicaciones de balances integrales
2 Diagramas de Flujo y selección de las condiciones del proceso de un reactor
2.1 Reacciones químicas importantes para la industria
2.2 Conceptos básicos de síntesis de procesos 2.2.1 Heurística para seleccionar reacciones
químicas.
2.2.2 Análisis de generación-consumo 2.2.3 Economía del átomo
2.3 Ecuación de balance de materia de un reactor
2.3.1 Reactores con estequiometria de
reacción conocida
2.3.2 Reactores de estequiometria de reacción desconocida
2.4 Especificaciones de composición de corrientes y del desempeño del sistema de reactores
2.4.1 Reactivo en exceso y limitante
2.4.2 Conversión fraccionaria y su efecto en síntesis de diagramas de flujo de reactores
2.5 Equilibrio químico y cinética química
2.5.1 La constante de equilibrio de la reacción química Ka
2.5.2 Equilibrio de la reacción y desempeño del reactor
2.5.3 Problemas de aplicación
3 Cálculos de la energía de procesos y
síntesis de los diagramas de flujo de energía.
3.1 Ecuación de balance de energía
3.2 Energía del sistema, flujo de energía, energía específica
3.3 Cálculos de energía de procesos
3.3.1 Procedimiento sistemático para los cálculos de energía de proceso
3.3.2 Problemas de aplicación
7. Actividades de aprendizaje de los temas
Nombre de tema
Balance de materia en procesos transitorios
Competencias Actividades de aprendizaje
Específica(s): Desarrollar expresiones para la ecuación de balance de materia en sistemas transitorios con la finalidad de analizar y resolver problemas de complejidad creciente.
Genéricas:
Capacidad de análisis y síntesis. Capacidad de organizar y planificar. Habilidad para buscar y analizar información proveniente de fuentes diversas.
Solución de problemas. Toma de decisiones.
Capacidad crítica y autocrítica Trabajo en equipo
Habilidades interpersonales
Capacidad de aplicar los
conocimientos en la práctica. Capacidad de aprender
Capacidad de generar nuevas ideas
Investigar la ecuación general de balance de materia sin reacción
Investigar la ecuación general de balance de materia con reacción
Derivar ecuaciones de balance de materia y suministrar las condiciones iniciales para procesos transitorios bien mezclados de una
unidad, para proceso no reactivos
transitorios
Predecir el comportamiento del sistema transitorio por inspección de las ecuaciones de balance
(creatividad).
Habilidad para trabajar en forma autónoma.
Nombre de tema
Diagramas de Flujo y Selección de las Condiciones del Proceso de un Reactor
Competencias Actividades de aprendizaje
Específica(s): Aplicar la heurística de síntesis de reactores
Aprender a medir cuantitativamente el desempeño del reactor y su influencia en las características técnicas del desempeño en los cálculos de flujo y en el diseño del proceso.
Genéricas:
Capacidad de análisis y síntesis. Capacidad de organizar y planificar.
Conocimientos básicos de la
carrera.
Habilidad para buscar y analizar información proveniente de fuentes diversas.
Solución de problemas. Toma de decisiones.
Capacidad crítica y autocrítica Trabajo en equipo
Capacidad de aplicar los
conocimientos en la práctica. Capacidad de generar nuevas ideas
(creatividad).
Habilidad para trabajar en forma autónoma.
Investigar las reacciones químicas importantes para la industria
Investigar y exponer las reglas heurísticas para la selección de reacciones químicas
Resolver ejercicios de balance de materia de un reactor.
- Con estequiometria de reacción conocida - Con reacción desconocida
Aplicar balances de materia, enfatizando
especificaciones de composición de corrientes: Reactivo en exceso y limitante
Aplicar balances de materia, enfatizando
especificaciones de composición de corrientes; Conversión fraccionaria y su efecto en síntesis de diagramas de flujo de reactores; reciclaje y purga.
Aplicar Balances de materia, enfatizando
especificaciones de composición de corrientes: Especificaciones del desempeño del sistema: Selectividad y rendimiento
Aplicar balances de materia, utilizando los conceptos de “Equilibrio Químico” y “Cinética Química”
Nombre de tema
Cálculos de la energía de procesos y síntesis de los diagramas de flujo de energía.
Específica(s): Aplicar los conceptos termodinámicos y fisicoquímicos para la resolución matemática de balances de energía de procesos mediante estrategias y técnicas para conservar dichos recursos energéticos de manera segura y atinada.
Genéricas:
Capacidad de análisis y síntesis. Capacidad de organizar y planificar. Conocimientos básicos de la carrera.
Habilidad para buscar y analizar
información proveniente de fuentes diversas.
Solución de problemas. Toma de decisiones.
Capacidad crítica y autocrítica Trabajo en equipo
Capacidad de aplicar los conocimientos en la práctica.
Capacidad de generar nuevas ideas (creatividad).
Habilidad para trabajar en formaautónoma.
Investigar cuales son los recursos
energéticos que se utilizan en la industria. Realizar un cuadro comparativo entre los
fluidos de calentamiento y de enfriamiento Realizar una lista de equipos que se utilizan
en la industria para realizar la de transferencia de energía
Deducir la ecuación de balance de energía Definir los siguientes conceptos:
- Energía específica - Energía cinética - Energía potencial - Entalpia
- Energía Interna
Realizar una lista de modelos o ecuaciones matemáticas de aplicación común en la cuantificación de energía, utilizando datos de tablas de propiedades termodinámicas Investigar el efecto de la temperatura, la
presión y la concentración en los balances de energía
Investigar el procedimiento sistemático para realizar los cálculos de energía en equipos de proceso industriales
Realizar cálculos de balance de energía en equipos de proceso químicos
8. Práctica(s)
1. Taller de solución de problemas.
2. Elaboración o interpretación de diagramas de flujo de plantas químicas.
3. Elaboración de diagramas de flujo de reactores indicando condiciones de proceso.
9. Proyecto de asignatura
El objetivo del proyecto que planteé el docente que imparta esta asignatura, es demostrar el desarrollo y alcance de la(s) competencia(s) de la asignatura, considerando las siguientes fases:
Fundamentación: marco referencial (teórico, conceptual, contextual, legal) en el cual se fundamenta el proyecto de acuerdo con un diagnóstico realizado, mismo que permite a los estudiantes lograr la comprensión de la realidad o situación objeto de estudio para definir un proceso de intervención o hacer el diseño de un modelo.
Planeación: con base en el diagnóstico en esta fase se realiza el diseño del proyecto por parte de los estudiantes con asesoría del docente; implica planificar un proceso: de intervención empresarial, social o comunitaria, el diseño de un modelo, entre otros, según el tipo de proyecto, las actividades a realizar los recursos requeridos y el cronograma de trabajo.
Ejecución: consiste en el desarrollo de la planeación del proyecto realizada por parte de los estudiantes con asesoría del docente, es decir en la intervención (social, empresarial), o construcción del modelo propuesto según el tipo de proyecto, es la fase de mayor duración que implica el desempeño de las competencias genéricas y especificas a desarrollar.
Evaluación: es la fase final que aplica un juicio de valor en el contexto laboral-profesión, social e investigativo, ésta se debe realizar a través del reconocimiento de logros y aspectos a mejorar se estará promoviendo el concepto de “evaluación para la mejora continua”, la metacognición, el desarrollo del pensamiento crítico y reflexivo en los estudiantes.
10. Evaluación por competencias
Mapa mental y conceptuales
Cuadro comparativo y sinóptico
Resolución de problemas
Foros de discusión.
Estudio de casos
Reporte de investigaciones documentales
Ensayo.
Examen escrito.
11. Fuentes de información
1. Regina Murphy. (2007). Introducción a los Procesos Químicos: Principios, Análisis, Síntesis. McGraw Hill. Ed. 01.
2. Himmelblau, D.M.: (1997). Principios básicos y cálculo en Ingeniería Química. Ed. Prentice Hall: Pearson Educación, México.
3. Felder, R.M. y Rousseau. R.W. (1990). Principios generales de los procesos químicos. Ed. Interamericana, México
4. Reklaitis. GV.: (1986). Balances de materia y energía. Ed. Interamericana, México.
5. Perry, Robert H. Perry’s Chemical Engineers’ Handbook. McGraw – Hill J. Henley
